DE3133906A1

DE3133906A1 - Strahlungsreflektor-stuetzkonstruktion und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3133906A1
Application number: DE19813133906
Authority: DE
Inventors: George Everett 94086 Sunnyvale Calif. Ganschow; Peter Martin 94061 Redwood City Calif. Newgard; Richard William 94070 San Carlos Calif. Remington; Arthur John 95030 Los Gatos Calif. Slemmons
Original assignee: SRI International Inc; Stanford Research Institute
Current assignee: SRI International Inc
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1981-08-27
Publication date: 1982-05-27
Also published as: ES505225A0; GR74640B; ES514662A0; FR2505022A1; ES8401596A1; FR2492114B1; IT8149220A0; FR2492114A1; IT1171505B; IL63639A0; ES8306853A1; AU7495381A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller DipL-Chem. Dr. Gerhard Schupf ner Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger

Lucile-Grahn-Sfr. 38 · D 8000 München 80

P-]730 P-.1614

/Schö

SRI INTERNATIONAL, 333 Ravenswood Avenue, Menlo Park, CA 94025 USA

Strahlungsreflektor-Stützkonstruktion und Verfahren zu ihrer Herstellung

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313390G

Strahlungsreflektor-Stützkonstruktion und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sieh auf den Aufbau von Reflexionsflächen, die zum Einsatz als Solarkollektoren oder Radarantennen gedacht sind, insbesondere auf die Stützkonstruktion für solche Reflexionsflächen.

Sonnen- bzw. Solarkollektoren der hier betroffenen Art können in Form von Rotationsparaboloiden, die häufig als Flachschalen bezeichnet werden, ausgebildet sein, die reflektiertes Sonnenlicht auf einen einzigen Brennpunkt fokussiefen, der sich mit der Flachschale bewegt. Zweiachsen-Heliostate fokussieren reflektiertes Sonnenlicht auf einen Festbrennpunkt an der Spitze eines Turms. Alternativ können solche Reflexionsflachen wannenförmig mit Parabolquerschnitt sein, wobei Sonnenlicht auf einen Linearbrennpunkt fokussiert wird. Sowohl der flachschalenförmige als auch der Heliostat-Segmentspiegel-Reflektor werden um eine Vertikal- und eine Horizontalachse gedreht, so daß sie dem Lauf der Sonne sowohl in bezug auf den Azimut als auch auf die Elevation der Sonne folgen. Wannenförmige Solarkollektoren

werden nur um eine Horizontalachse gedrhet, so daß sie entweder dem Azimut oder der Elevation der Sonne folgen. Serien solcher Zweiachsen-Reflektoren werden eingesetzt, um Sonnenlicht auf einen Festbrennpunkt zu fokussieren. Serien von Einachsenreflektoren können eingesetzt werden, um Sonnenlicht auf einen Linear-Festbrennpunkt auf einer Reihe von Türmen zu reflektieren. Typischerweise wird die durch den Einfall von reflektiertem Sonnenlicht auf den Brennpunkt erzeugte Wärme durch Wärmeleitung zu einem umlaufenden Fluid übertragen und erwärmt dieses. Das erwärmte Fluid kann dann genutzt werden, z. B. für die DAmpferzeugung zum Treiben einer Gasturbine bzw. eines Generators.

Radarantennen sind flachschalenförmig, d. h. sie sind Rotationsparaboloide. Ihre Reflexionsflächen bestehen aus elektrisch leitfähigem Werkstoff, z. B. Kupfer, Aluminium oder Silber, und sie brauchen nicht wie die Solarreflektoren spiegelig zu sein.

Derartige Reflexionsflächen können eine Verbundkonstruktion mit einer Reflexionsschicht und einer Stützschicht sein. Eine Art von Reflexionsfläche umfaßt eine äußere freie Glasschicht, eine innere Reflexionsschicht aus Silber und eine oder mehrere Stützschichten wie etwa eine Kupfer- und eine Kunststoffschicht. Typischerweise wird als Kunststoffschicht ein Epoxidharz eingesetzt. Bei einer anderen Konstruktion wird auf eine Dünnschicht aus Acrylpolymer eine dünne Aluminiumschicht im Vakuum aufgedampft. Wie unter Bezugnahme auf die Radarantennen gesagt wurde, ist der Werkstoff der Reflexionsfläche leitfähig.

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Derartige Reflexionsflächen sind sehr dünn, typischerweise haben sie eine Dicke von ca. 0,04-1,52 mm, und sie benötigen eine Abstützung, so daß sie ihre Form behalten und so montiert und betrieben werden können, daß sie der Sonne oder einem anderen Ziel folgen können. Bisher ist eine solche Stütz.- oder Rahmenkonstruktion typischerweise aus Kunststoff, aus Stahl oder aus einem anderen Metall. Wegen der sehr großen Flächen, die von solchen Reflexionsflächen abgedeckt werden müssen, und wegen de*· Vielzahl an erforderlichen Reflektoren werden dLe Konstruktionswerkstoffe zu einem bedeutenden Kostenfaktor.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten rückseitigen Stützkonstruktion für Reflexionsflächen von Sonnenreflektoren und Radarantennen; dabei soll die Stützkonstruktion aus kostengünstigen Baustoffen wie glasfaserverstärktem Beton herstellbar sein, die doch ihren Zweck in ausreichendem Maß erfüllen. · .

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines wannenförmigen Reflektors;

Fig. 2 eine Perspektivansicht einer Form zur Herstellung des Dreh-Trägers des Reflektors nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht einer Form zur Herstellung eines Querträgers für den Reflektor nach Fig. 1;

Fig. 4- einen Vertikalschnitt durch eine Form zur

Herstellung des Reflektors nach Fig. 1, wobei ein zum Teil gefertigter Reflektor gezeigt ist;

Fig. 5 eine der Fig. 4- ähnliche Ansicht längs der

Linie 5-5 nach Fig. 7, wobei der vollständige Reflektor gezeigt ist;

Fig. 6 eine Perspektivansicht des fertigen Reflektors (mit Ausnahme von Endplatten und Befestigungsmitteln), wobei die hintere Tragkonstruktion gezeigt ist;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Rückseite des Reflektors nach Fig. 6;

Fig. 8 einen Teilschnitt 8-8 nach Fig. 9, wobei

gezeigt ist, wie der Drehträger des Reflektors nach Fig. 6 unter Kompression gesetzt wird ;

Fig. 9 eine Endansicht des Reflektors, wobei eine

der Endplatten gezeigt ist, die den Drehträger unter Kompression setzt und auch zur Befestigung des Reflektors dient;

Fig. 10 eine vertikal geschnittene Teilansicht, die zeigt, wie ein flachschalenförmiger Reflektor hergestellt wird;

Fig. 11. eine der Fig. 10 ähnliche Ansicht eines

vollständig fertigen flachschalehfÖrrnigen Reflektors;

FIg. 12 eine Rückansicht des Reflektors n.ich den Fig. 10 und 11;

Fig. 13 eine perspektivische Rückansicht eines zweiachsigen Heliostaten, der nach der Erfindung hergestellt ist;

Fig. IA- eine geschnittene Teilansicht, die zeigt, wie ein zweiachsiger Heliostatsegmentreflektor hergestellt wird;

Fig. 15 teilweise in Seitenansicht und teilweise

im Vertikalschnitt eine Radarantenne, wobei die Anwendung der Erfindung verdeutlicht ist;

Fig. 16 eine der Fig. 15 ähnliche Ansieht, wobei eine andere Art von Radarantenne gezeigt ist;

Fig. 17 eine Querschnittsansicht eines flachschalenförmigen Reflektors (der ein Solarreflektor oder eine Radarantenne sein kann) ähnlich Fig. 11, der jedoch aus Teilstücken oder Segmenten besteht, wobei diese durch einen Bügel zusammengehalten sind;

Fig. 18 eine rückwärtige Ansicht eines Einzelsektors des Reflektors nach Fig. 17; und

Fig. 19 einen Schnitt 19-19 nach Fig. 18.

Fig. 1 zeigt einen mulden- bzw. wannenförmigen Reflektor 10, der einen Reflektor bzw. Spiegel 11 umfaßt, der auf Vertikalträgern 13 um eine Horizontalachse drehbar gelagert ist. Ein Strichbrennpunkt IA- ist an Stäben 15 gehaltert. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die rückwärtige Tragkonstruktion für den Reflektor 11, wobei diese Tragkonstruktion und ihre Herstellungsweise unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren erläutert werden.

Fig. 4 zeigt ein Positivwerkzeug 20, das erwünschtenfalls auf Rädern 21 verfahrbar ist, so daß es leicht transportierbar ist. Das Positivwerkzeug ?.O umfaßt Endwände 22 und eine Kuppel 23, die aus Holz, Met.ill oder irgendeinem anderen geeigneten Werkstoff besteht und deren Form der Form des Spiegels entspricht mit der Ausnahme, daß die Form konvex ist, während der Spiegel konkav ist. Gemäß Fig. 4 und auch gemäß weiteren Figuren wird angenommen, daß der Spiegel auf die Werkzeugoberfläche 23 aufgebracht wird und daß auf die Rückfläche des Positivwerkzeugs unmittelbar eine Hinterfüllung oder hintere Abstützung aufgebracht wird. In diesem Fall wird der Spiegel zu einem Teil des Positivwerkzeugs. Wie noch erläutert wird, wird es in manchen Fällen bevorzugt, die hintere Abstützung gesondert zu formen, und in diesem Fall wird die Oberfläche des nackten Positivwerkzeugs verwendet, wobei die Hinter ^ füllung auf dem nackten Positivwerkzeug geformt und dann davon abgenommen und mit der Rückfläche des Spiegels haftend verbunden wird. Ferner ist zu beachten, daß der Spiegel aus Segmenten bestehen kann, die auf dem Positivwerkzeug zusammengeführt werden.

Die freie Rückfläche des Spiegels wird mit einem Klebstoff beschichtet, der gute Hafteigenschaften in bezug auf flüssigen Beton hat und als Dichtmittel wirkt, so daß Feuchtigkeit des flüssigen Betons während der Fertigung oder Feuchtigkeit, die durch die fertige gehärtete Beschichtung dringen könnte, die Rückfläche des Spiegels und insbesondere die Verbindungsstellen zwischen den Spiegelsegmenten nicht erreichen kann. Der Klebstoff ist mit der Rückfläche des Spiegels und auch mit Beton kompatibel. Ein geeiyneter Klebesto1 f ist z. B. AQUATAPOXY(Wz) (Herst. American Chemical Corporation); der Klebstoff ist ein bei Umgebungstemperatur härtbares Zweikomponenten-Epoxidsystem.

Die Oberfläche 23 des Positivwerkzeygs ist massiv und geschlossen mit Ausnahme von Öffnungen Zk₁ in denen Saugnäpfe 25 befestigt sind, die über Leitungen 26 an eine Unterdruckversorgung 27 angeschlossen sind. Dieser Unterdruck hält die Spiegelsegmente 11 sehr fest und gleichmäßig an der Oberfläche des Positivwerkzeugs fest.

Auf die dicht versiegelte Rückfläche des Spiegels wird eine Schicht 30 aufgebracht, die z. B. ein Beton- oder Mörtelgemisch ist, das aus Sand, Zement, z_. B. Portlandzement, und Wasser in geeigneten Anteilen besteht.

Dabei kann entweder normaler Portlandzement, z. B. ASTM-Typ 1-2, der schwachalkalisch ist, oder ein Portlandzement, der keine Restexpansion zur Folge hat (sehwindungskompensierter Zement) (z. B. ein Zement nach der US-PS 3 155 526) verwendet werden. Geeignete Mengenanteile von Sand und Zement sind 0,66:1 Gewichtsanteile. Wasser wird zugesetzt, um ein zum Aufsprühen geeignetes nasses Gemisch zu erhalten.

Dieses Material wird mittels einer bekannten Spritzvorrichtung, wie sie z. B. zum Spritzbeschichten der Wände von Schwimmbecken eingesetzt werden, aufgebracht. Dabei wird das Mörtel- oder Betongemisch sehr schnell ausgestoßen, und die Vorrichtung weist eine Faserglasspule (einen Glasfaserstrang) sowie eine Trennvorrichtung auf, die den Strang in kleine Abschnitte zerschneidet, während das Mörtelgemisch versprüht wird, so daß sich die Faserglasabschnitte eng mit dem Mörtel oder Beton vermischen. Die Glasfasern bestehen aus Zirkoniumdioxidsanden und sind z. B. als "Cem-FIL AR"(Wz) auf dem Markt. Typischerweise wird eine Schicht mit einer Dicke von 4,77 mm aufgebracht.

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Dann wird auf die Oberfläche der frisch aufgebrachten Schicht eine gelochte Form (nicht gezeigt), z. B. aus Streckmetall, geeigneter Form aufgebracht, wobei die Konfiguration der Form derart ist, daß ein erhabener ebener Abschnitt 31 und abgerundete Seitenabschnitte 32, die über Schultern 33 verbunden sind, gebildet werden. Wenn diese gelochte Form aufgebracht ist und die Schicht 30 so geformt hat, daß sie die Konfiguraton nach Fig. hat, wird ein Vibrator (nicht gezeigt) zum Einsatz gebracht, der die gelochte Form bewegt; ein solcher Vibrator ist bekannt und wird nicht näher erläutert. Die Funktion der Bewegungen in Verbindung mit der gelochten Form besteht darin sicherzustllen, daß die kurzen Glasfaserstücke in engen Kontakt mit dem Beton gelangen und daß ferner etwaige Luftblasen entfernt werden, so da3 in der aus Glasfaserstückchen und Beton bestehenden Schicht praktisch keine Leerstellen vorhanden sind. Es sind auch andere innere Verstärkungsmaterialien, z. B. organische Polymere in Form von Fasern, einsetzbar, Glasfasern werden jedoch bevorzugt verwendet.

Nach Fig. 2 wird ein Kern 40 verwendet, der einfach aus Wellpappe besteht und dessen Oberfläche mit einem wasserundurchlässigen Material beschichtet ist. Festparaffin ist ein geeignetes wasserdicht machendes Material. Der Kern 40 hat Dreiecksquerschnitt mit schrägen Seitenwandungen 41, einer Bodenwandung M und einem Scheitel Anstelle von Wellpappe können aucn andere kostengünstige Werkstoffe verwendet werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Form 50, die ebenfalls aus Wellpappe oder einem anderen geeigneten Werkstoff besteht und in ähnlicher Weise behandelt wird. Sie hat Dreiecksquerschnitt und Seitenwandungen 51, die sich zu einem Punkt 52 hin verjüngen, und weist einen Scheitel 53 auf.

Nach Fig. 5 ist auf das Positivwerkzeug 20 die Betonschicht 30 aufgebracht, die in der erläuterten Weise, geformt und durch Bewegen verfestigt wurde. Dann wird der Kern 4-0 auf die Schicht 30 aufgebracht, indem er auf den ebenen Abschnitt 31 der Betonschicht 30 gelegt wird. Wie in Verbindung mit Fig. 8 und 9 erläutert wird, werden die offenen Enden des Kerns A-O mit Stopfen (nicht gezeigt) verschlossen. Dann werden die Seitenwandungen A-I und der Scheitel A-3 des Kerns A-O mit weiterem glasfaserverstärktem Beton oder Mörtel aus der gleichen Vorrichtung besprüht, so daß eine Betonschicht 5A- aufgebracht wird. Dadurch wird einDrehmomentträger 55 gebildet, der in noch zu erläuternder Weise modifiziert wird. Die Dicke der auf den Kern A-O aufgebrachten Betonschicht 5A- kann z. B. ca. A-,77 mm betragen. Diese SChicht wird in der gleichen Weise wie die Schicht 30 geformt und in Bewegung versetzt.

Anschließend werden Querrippen wie folgt angebracht. De nach den Abmessungen der Konstruktion werden so viele Kerne 50 wie erwünscht angebracht. Es ist ersichtlich, daß die Unterkanten dieser Kerne in ihrer Form an die Seitenwandungen 5A- des Drehmomentträgers und an die gewölbten Seitenabschnitte 32 der Betonschicht 30 angepaßt sind. Diese Kerne werden auf den Beton der Seitenabschnitte 32 aufgepreßt. Dann wird mit der gleichen Vorrichtung wie vorher eine Beton-Glasfaser-Schicht 56 über die Querrippen aufgebracht. Anschließend wird eine Streckmetallform aufgebracht und in Vibrationen versetzt, um einen engen Kontakt zwischen Glasfasern und Beton zu erhalten und Lufteinschlüsse zu entfernen.

Ferner sind zusätzliche Rippen 60 vorgesehen, die rohrförmig sind und einen inneren Pappkern aufweisen; darauf wird in gleicher Weise eine glasfaserverstärkte Betonschicht aufgebracht. Diese Rippen sind ähnLich wie der Drehmomentträger 55 ausgebildet, haben aber kleinere Abmessungen und sind an die schrägen Seiten der Konstruktion angepaßt.

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Mit diesem Verfahren wird ein Spiegel bzw. Reflektor oder Solarkollektor erhalten, der allgemein mit 61 bezeichnet ist und eine Spiegelfläche 11 sowie eine damit einstückige monolithische Trägerschicht "aus Beton, die mit 62 bezeichnet ist, aufweist. Der einstückige monolithische Charakter dieses Betons ist am besten aus Fig. 5 ersichtlich. Die Pappformen 40 und 50 sowie die Pappformen für die Rippen 60 bleiben in dem Beton und tragen praktisch nichts zur Festigkeit der Trägerschicht bei. Ihre weitere Anwesenheit schadet jedoch nicht. Die erforderliche Festigkeit ergibt sich durch die kontinuierliche monolithische Betonstruktur 62. Diese Festigkeit wird noch dadurch erhöht, daß der Drehmomentträger unter Kompression gesetzt wird, wie nachstehend erläutert wird.

Fig. 9 zeigt eine Endplatte 65 aus Metall, z. B. Stahl, mit Droiecksform. Nach Fig. 8 springen die Zementschiehten 31 und 54· über beide Enden der Form 40 vor, und zwar aufgrund der bereits erwähnten Verschlußelemente, die in die offenen Enden der Form 4-0 eingesetzt werden, bevor die Platten 65 angebracht werden (dabei sind di<: Verschlußelymente geeignet geformt, so daß sie die offenen Enden verschließen). Diese Vorrprünge oder Verlängerungen bilden Zungen 66, auf die Dichtungselemente 67 aufgesetzt sind. Die Dichtungselemente 67 bestehen aus geeignetem Werkstoff, z. B. Gummi oder Kunststoff, und haben die Funktion, die Enden der Betonschichten 31 und 54 abzudichten und Halteorgane 68, die ltinya den drei Hindern Judtsr Lndplal.tr Gb yebiidol sind, zu greifen. Zu einem geeigneten Zeitpunkt nach dem Abbinden und ausreichenden Härten der Betonschichten 31 und 54 werden die Muttern angezogen, um einen Druck gegen die Endplatte^ 65 auszuüben. Dadurch werden die Bolzen mechanisch gespannt und die Betonschichten 31 und '>4 mit Kompression beaufschlagt. Somit ergibt sich ein gespannter Träger. Es 4.st bekannt, daß unter Kompression stehender Beton sehr

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fest ist. Somit ist der Drehmomentträger 55 ebenfalls fest. Ungeachtet seiner relativ leichten schalenartigen Konstruktion erhöht er die Festigkeit der hinteren Tragkonstruktion 62 erheblich.

Die Endplatten 65 werden ferner zum Befestigen von Stummelwellen 72 in folgender Weise verwendet: Mit jeder Endplatte 65 wird eine Befestiqungsplatte 73 mit einem Durchgangsloch 73a verschraubt. Mit dem unteren Ende der Befestigungsplatte 73 ist Gin Haltearm 74 verschweißt»- Line Stummelwellc 72 wird durch miteinander fluchtende Löcher in jeder Platte 73 und jedem Haltearm 7A- eingesetzt und mit diesen beiden Teilen verschweißt. Die Stummelwellen sind in Lagern 75 drehbar, die an Ständern 76 befestigt sind. Die Endstangen 15 können ebenfalls gemäß Fig. 8 an der Befestigungsplatte 73 montiert werden. Das Anziehen der Schrauben 69 kann erfolgen, während der Spiegel sich noch auf dein Werkzeug befindet, und die Schrauben können weiter angezogen werden, nachdem der Spiegel auf den Ständern 76 montiert ist.

Nach den Fig. 10, 11 und 12 ist ein schalenförmiger Reflektor 80 gezeigt, dessen Spiegelfläche (vgl. Fig. 11) die Form eines Rotationsparaboloids hat. Wie im Fall der Fig. 4· und 5 wird die Spiegelfläche 81 auf die komplementäre Werkzeugoberfläche 23 gebracht. Die Spiegelfläche 81 hat eine zentrale axiale Öffnung 82, die über eine Ausnehmung

83 in der Werkzeugoberfläche gebracht wirdj diese Ausnehmung ist wie die Öffnung 82 kreisrund, hat jedoch einen etwas kleineren Radius. Durch die Öffnung 82 wird eine Form

84 eingeführt und vertikal in der Ausnehmung 83 gehalten. Die Form ist ein paraffinierter Wellpappezylinder, dessen Oberende mit einem Verschlußorgan 85 versehen ist. Die Form wird in der richtigen Lage durch irgendwelche geeigneten Mittel gehalten, und glasfaserverstärkter Beton wird auf die Rückfläche des Reflektors und auf das Äußere der

Form gesprüht. Es ist ersichtlich, daß der Beton eine Schicht 86 auf der Rückfläche des Reflektors und eine Schicht 87 an den Seiten der Form 84· bildet und außerdem bei 88 in den Ringraum zwischen dem Grund der Form und dem Rand der Öffnung 82 eindringt. Diese Schichten werden mit Vibrationen beaufschlagt, und zwar entweder eine nach der anderen oder alle gemeinsam, wodurch sie geformt werden, der Kontakt der Glasfasern mit dem Beton verbessert und Luft ausgetrieben wird; dies geschieht in der angegebenen Weise mit der bereits erwähnten Vorrichtung. Die rohrförmige Betonschicht 87 bildet einen Träger 89, der in der nachstehenden Weise weiterverarbeitet wird.

Dann werden Radialrippen 90 angebracht, die die gezeigte Form haben und mit Wellpappeformen 91 und aufgesprühten Schichten aus glasfaserverstärktem Beton in der bereits erwähnten Technik gebildet werden. Das Verschlußorgan wird entfernt.

Der Träger 89 wird dann mit Dichtungselementen 93 versehen sowie mit Endplatten 9A-, Bolzen 95 und Muttern 96, wobei nur im Gegensatz zu dem Drehmomentträger 55 keine Dreiecksform, sondern eine Zylinderform vorgesehen ist. Die Muttern werden angezogen, so daß der Träger 89 mit Kompressionsdruck beaufschlagt wird, und eine Stummelwelle 92 wird an der Endplatte 9h fern von der Reflexionsfläche 81 befestigt, mit deren Hilfe der Reflektor montierbar ist. Eckversteifungen 98 werden mit der Rückplatte 94- zur Erhöhung von deren Festigkeit verschweißt (vgl. Fig. 12). Querrippen werden ähnlich den Radialrippen 90 angebracht.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Heliostaten 110 mit zwei in Segmente unterteilten Reflektoren 111, die auf einer Horizontalachse 112 und einer Vertikalachse

montiert sind, so daß sie der Sonne sowohl in bezug auf Azimut als auch.auf Elevation folgen. Die Reflexionsfläche 111 ist von bekannter Konstruktion und besteht aus einer Anzahl Spiegelflächen, deren jede so orientiert ist, daß ■ reflektiertes Licht auf einen punktförmigen Brennpunkt an der Spitze eines hohen Turms fokussiert wird.

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf diesen Reflektortyp ist in Fig. 14- gezeigt, wobei ein Teil eines Positivwerkzeugs 120 gezeigt ist, das eine segmentierte Oberfläche aus Facetten oder Teilflächen 121 aufweist. Diese Teilflächen sind so geformt und orientiert, daß nach der Montage von Spiegelflächen 122 in der gezeigten Weise jede Spiegelfläche reflektiertes Sonnenlicht auf einen einzigen punktförmigen Brennpunkt, d. h. auf einen Empfänger an der Spitze eines hohen Turms, fokussiert. Die Rückflächen der Spiegelteilflächen werden mit einem Klebstoff besprüht, und auf diesen wird eine Schicht 123 aus glasfaserverstärktem Beton gesprüht. Diese Schicht wird mit Vibrationen beaufschlagt und geformt, und ein Drehmomentträger 12Ψ sowie Querträger 125 werden wie im Fall von Fig. 5 vorgesehen. Dreiecksplatten 126 und Bolzen 127 werden angebracht, und die Bolzen werden mechanisch gespannt, und der Drehmomentträger wird unter Konpression gesetzt, wie dies unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 erläutert wurde. Stummelwellen (nicht gezeigt) werden an den inneren Platten 126 gesichert, so daß die Spiegel an eJner Vertikalstütze 128 montierbar sind.

Wie unter Bezugnahme auf die verschiedenen Zeichnungen erläutert wurde, wird der Reflektor auf das Positivwerkzeug aufgebracht, und auf seine Rückfläche wird Beton gesprüht. Dieses Vorgehen bietet den Vorteil, daß der zusätzliche Schritt des Vorgießens der rückwärtigen Halterung, deren Lösen aus der Form und deren Aufzementieren auf die Rückseite der Reflexionsfläche entfallen. Dieses Verfahren wird

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bevorzugt, wenn ein nxchtschwindender Zement eingesetzt wird, also ein Zement, der während des Trocknens und Härtens des Betons oder Mörtels keine Restschwindung erfährt bzw. nur eine minimale Schwindung aufweist. Ein solches Schwinden kann auf die Reflexionsfläche bzw. den Spiegel eine unannehmbare Belastung bzw. Spannung ausüben.

Zur Überwindung dieses Problems kann auch ein alternatives Verfahren angewandt werden. Die Formoberfläche kann mit einem Entformungsmittel beschichtet werden, so daß die Betonstützschicht nach dem Abbinden und Härten leicht von der Form lösbar ist. Dann wird der Beton oder Mörtel direkt auf die Form gesprüht, und die folgenden Schritte wie Herstellen eines Drehmomentträgers usw. werden in der erläuterten Weise durchgeführt. Wenn die fertige rückwärtige Abstützung abgebunden und ausreichend gehärtet ist, so daß sie entformt werden kann, wird sie von der Form abgenommen und auf die Reflexionsfläche des Spiegels zementiert. Der Spiegel kann sogar auf die Form aufgebracht, seine Rückfläche mit einem Bindemittel besprüht und die rückwärtige Betonstütze darüber angebracht werden. Geeignete Entformungsmittel sind Öl oder Holzmehl, und geeignete Bindemittel umfassen z. B. das vorher genannte AQUATAPOXY(Wz) oder den Klebstoff Nr. 77 der 3M Company.

Typische Abmessungen der Konstruktion nach der Erfindung sind Flachschalendurchmesser von 3,05-15,2 m, Längen der Wannenreflektoren von ή·,57-9,14· m, Spiegeldicken von 0,03-1,52 mm, Betonschichten (einschließlich Schichten, die auf die Rückfläche des Spiegels aufgebracht oder damit verbunden sind, sowie Schichten, die auf Drehmomentträger und andere Verstärkungselemente aufgebracht sind) mit Dicken von 4,77-6,35 mm und Gesamtabmessungen der Betonkonstruktionen, die den Abmessungen des Spiegels entsprechen,

Die Fig. 15 und 16 sind Ansichten verschiedener Radarantennenarten, wobei diejenige nach Fig. 16 als Cassegrain-Antenne bekannt ist. In beiden Figuren ist die Antenne mit 130 bezeichnet und auf einer Halterung 131 montiert und um die Achse einer Welle 132 drehbar, so daß sie in bezug auf Elevation verstellbar ist, und um eine Vertikalachse drehbar, so daß sie in bezug auf den Azimut einstellbar ist. In Fig. 15 ist ein Empfänger 133 mittels Stäben 134 am Brennpunkt gehaltert. In Fig. 16 befindet sich der Empfänger 135 auf dem Scheitel der Parabel, und ein Reflektor 136 ist am Brennpunkt durch Stäbe 137 gehaltert. Der erläuterte Aufbau ist konventionell. Die Anwendung der Erfindung auf die Antennen nach den Fig. 15 und 16 entspricht der Anwendung, die bisher erläutert wurde, wobei jedoch in Fig. 16 der Empfänger 135 auf dem Träger 89 montiert wird.

Die gleichen Konstruktionsschritte werden angewandt, und es wird der gleiche Aufbau wie unter Bezugnahme auf die Fig. 10, 11 und 12 erläutert erhalten, wobei nur die Reflexionsfläche 81 aus einem geeigneten elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht. Auch im Fall von Fig. 16 ist der Empfänger 135 an dem Träger 89 gesichert, und zwar z. B. durch Befestigen am Innenende 94 etwa mittels der Bolzen 95 und Muttern 96.

Die Fig. 17, 18 und 19 zeigen einen aus Sektoren bestehenden Reflektor, der nach dem Zusammenfügen der Sektoren im we-, sentlichen mit dem Reflektor nach den Fig. 11 und 12 identisch ist und allgemein mit 145 bezeichnet ist. Die einzelnen kuchenstückförmiijen Sektoren sind mit 14-6 bezeichnet, und die Verbindungsstellen zwischen ihnen sind mit 147 bezeichnet. 3eder Sektor kann z. B. einen 60 -Bogen oder einen anderen geeigneten Bogen überspannen, wobei die Größe des Reflektors zu berücksichtigen ist. Diese Sektoren werden im wesentlichen in der gleichen Weise wie der flachschalenförmige Reflektor von Fig. 11 hergestellt.

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Fig. 19 zeigt eine Form 14-8. Ein hochstehender Rand begrenzt die Oberfläche 150, deren Größe, Form und Krümmung der erwünschten Größe und Form des flachschalenförmigen Sektors 146 und des Trägersektors 154 und der Krümmung der Flachschale entsprechen. Glasfaserverstärkter Beton wird auf die Fläche 150 zur Bildung einer Betonschicht 151 aufgebracht. Ein Kern 152 wird auf die Betonschicht vor deren Erhärten aufgebracht; der Kern kann aus Karton bestehen. Dadurch ergibt sich nach dem Aufbringen von Beton eine Rippe 153.

Dann werden Sektoren des Reflektors z. B.^iauf einer Plattform oder auf dem Erdboden mit ihren konkaven Flächen zuunterst zusammengesetzt. Durch die Anbringung von Endplatten 160, Bolzen 161 und Muttern 162 wird ein Träger 154 vorgesehen. Eine Welle 163 wird ebenfalls angebracht. Mit Ausnahme der Tatsache, daß dieser Träger sektorenweise hergestellt wird, wird er entsprechend dem.Träger nach Fig. 11 geformt und hat die gleichen Funktionen. Ein Dichtungselement 164 umgibt den Umfang der Flachschale, und ein Bügel 165 aus irgendeinem geeigneten Werkstoff, z. B. Metallblech, ist ebenfalls vorgesehen, dessen Enden in geeigneter Weise z. B. mittels einer Spannschraube (nicht gezeigt) gesichert und angezogen sind.

Somit wird also ein kompletter flachschalenförmiger Reflektor geschaffen, der als Radarantenne oder als Solarreflektor geeignet ist und der bestimmte ausgeprägte Vorteile bietet. Z. B. können die einzelnen Sektoren in einer Fertigungsanlage gefertigt, gelagert,' im Bedarfsfall zur Einsatzstelle transportiert und dort zusammengefügt werden. Dies ist wesentlich vorteilhafter und kostengünstiger als die Fertigung des ganzen Reflektors am Einsatzort oder die Fertigung des Reflektors an einem Ort und sein Transport zum Einsatzort.

Es ist also ersichtlich, daß durch die Erfindung neue
und außerordentlich brauchbare rückseitige Stützkonstruktionen für Solarreflektoren und Radarantennen geschaffen werden, die die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit aufweisen und sowohl in bezug auf die verwendeten Werk- ■ stoffe (Beton und billige Formen) als auch die Montageverfahren sehr kostengünstig sind»

Leerseite

Claims

Patentansp r ü c h e

J Strahlungsreflektor mit

a) einem Reflektor, dessen Vorderfläche Strahlung reflektiert und sie auf einen Brennpunkt fokussiert,

gekennzeichnet durch

b) eine auf der Rückseite des Reflektors haftende dünne verstärkte Betonschicht (30), die den Reflektor abstützt und eine Formänderung desselben verhindert, und

c) hohle Betonverstärkungselemente (55, 56, 60), die monolithisch auf die freie Oberfläche der Betonschicht gegossen sind.

2. Strahlungsreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Betonschicht und die Verstärkungselemente gleichmäßig darin verteilte Fasern enthalten.

3. Strahlungsreflektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Fasern Glasfasern sind, und daß die Betonschicht und die Verstärkungselemente durch Sprühbeschichten mit einem mit Glasfasern vermischten Betongemisch gebildet sind.

4-. Strahlungsreflektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verstärkung ein rohrförmiges Element (55) aufweist.

5. Strahlungsreflektor nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet,

daß "wenigstens ein rohrfÖrmiges Element (55) axial mit Kompressionsdruck beaufschlagt ist, so daß sein Beton unter Kompression steht.

6. Strahlungsreflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, ·

daß der Beton ein schwundkompensierter Beton ist.

7. Strahlungsreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorderfläche spiegelig ist und zur Reflexion von Sonnenlicht bestimmt ist.

8. Strahlungsreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorderfläche als Rotationsparabolo'id geformt ist, aus elektrisch leitendem Werkstoff besteht und als Radarantenne einsetzbar ist.

9. Wannenförmiger Sonnenreflektor mit

ä) einem im Querschnitt parabolischen, wannenförmigen Reflektor zur Reflexion von Sonnenlicht und zur Fokussierung .des reflektierten Sonnenlichts auf einen Brennpunkt, wobei der Reflektor um eine Längsachse symmetrisch ist,

gekennzeichnet durch

b) eine rückseitige Stützkonstruktion für den Reflektor, die aufweist:

i) eine auf der Rückseite des Reflektors gesicherte und diese im wesentlichen bedeckende Betonschicht (30), und

ii) ein rohrförmiges Verstärkungselement (55), das ebenfalls aus Beton besteht und auf die Rückseite der Betonschicht monolithisch gegossen ist, wobei es parallel zum Reflektor verläuft und hinter dessen Scheitel liegt.

10. Sonnenreflektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Beton schwindungskompensierter Beton ist.

11. Sonnenreflektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Beton gleichmäßig verteilte Glasfasern enthalten sind.

12. Sonnenreflektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Verstärkungselement (55) eine mit einer Schicht glasfaserverstärktem Beton beschichtete hohle Form (40) aufweist.

13. Sonnenreflektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Beton-Verstärkungselement (55) unter Kompression gehalten ist.

IA-. Wannenförmiger Sonnenreflektor mit

a) einem Reflektor in Form einer parabolischen Wanne

mit einer Längssymmetrieachse zur Reflexion von Sonnenlicht und zur Fokussierung des reflektierten Sonnenlichts auf einen Linear-Brennpunkt, gekennzeichnet durch

b) eine rückseitige Stützkonstruktion für den Reflektor zur Abstützung desselben und Verhinderung einer Formänderung des Reflektors, wobei diese Stützkonstruktion aufweist:

i) eine auf die Rückfläche des Reflektors (11) haftend aufgebrachte dünne Schicht (30) aus glasfaserverstärktem Beton,

ii) einen auf diese Schicht (30) monolithisch gegossenen Drehmomentträger (55), der parallel zur Längsachse

des Reflektors (11) verläuft und in einer den Reflektor halbierenden Ebene liegt, und iii) eine Mehrzahl Querrippen (56), die von dem Drehmomentträger (55) nach außen zu beiden Rändern des Reflektors verlaufen,

wobei der Drehmomentträger (55) und die Querrippen (56) rohrförmig sind und jeweils eine mit einer dünnen Schicht aus glasfaserverstärktem Beton beschichtete rohrförmige Form (A-O, 50) aufweisen.

15. Sonnenreflektor nach Anspruch 14-, . dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückflache des Reflektors mit einer Schicht beschichtet ist, die die Haftung der Betonschicht beschleunigt und außerdem als Dichtungsmittel wirkt«

16. Sonnenreflektor nach Anspruch IA-, dadurch gekennzeichnet,

daß der Drehmomentträger (55) unter Kompression gehalten ist.

17. Sonnenreflektor nach Anspruch IA-, dadurch gekennzeichnet,

daß die rohrförmige Form (A-O) des Drehmomentträgers (55) aus Karton besteht, Dreiecksquer schnitt hat und ihre . Außenflächen (A-I) mit einer glasfaserverstärkten Betonschicht beschichtet sind.

18. Sonnenreflektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß die Enden des Trägers mit Platten (65) versehen sind, durch die Bolzen (69) geführt sind, so daß der Drehmomentträger (55) unter Kompression setzbar ist.

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19. Tragelement,
gekennzeichnet durch eine hohle Innenform und eine Betonschicht (54·), die wenigstens einen Teil der Außenfläche der Form (40) bedeckt,

wobei sich die Betonschicht vom einen Ende der Form

(40) zum anderen erstreckt, und Mittel zum Beaufschlagen der Betonschicht (54) mit Kompression.

20. Tragelement nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch

an seinen offenen Enden befestigte Platten (65) und diese durchsetzende Bolzen (69), so daß das Tragelement (55) mit Kompression beaufschlagbar ist.

21. Flachschalenförmiger Strahlungsreflektor mit

a) einem Reflektor mit einer Reflexionsfläche, die ein Rotationsparaboloid ist,

gekennzeichnet durch

b) eine rückseitige Stützkonstruktion für den Reflektor (80) in Form einer Betonschicht (123), die auf die Rückfläche des Reflektors haftend aufgebracht ist, und

c) ein hohles Beton-Verstärkungselement (89), das monolithisch auf die Betonschicht (123) gegossen ist.

22. Strahlungsreflektor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,

daß der Beton durch Glasfasern verstärkt ist.

23. Strahlungsreflektor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,

daß das Verstärkungselement (89) rohrförmig und mit dem Reflektor (80) koaxial ist.

24·. Strahlungsreflektor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

daß der Beton schwindungskompensiert ist.

25. Strahlungsreflektor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,

daß die Reflexionsfläche spiegelig ist und zur Reflexion von Sonnenlicht dient.

26. Strahlungsreflektor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,

daß die Reflexionsfläche aus elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht und als Radarantenne wirkt.

27. Reflektoranordnung mit

a) einem Reflektor mit einer Reflexionsfläche, die ein Rotationsparaboloid ist und auf ihrer Rückseite mit einer Betonschicht beschichtet ist,

gekennzeichnet durch

b) eine rückseitige Stützkonstruktion für den Reflektor, die aufweist:

i) ein rohrförmiges Betonelement (89), das mit der Betonschicht monolithisch verbunden ist, koaxial mit dem Reflektor ist und von.diesem nach rückwärts vorspringt und

ii) eine Mehrzahl radiale Verstärkungsrippen (90), deren jede radial von dem rohrförmigen Element (89) ausgeht, wobei die Verstärkungsrippen (90) mit der Betonschicht und dem rohrförmigen Element (89) monolithisch verbunden sind,

28. Reflektoranordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,

daß die Radialrippen (90) ebenfalls rohrförmig sind.

29. Reflektoranordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,

daß der Beton mit Glasfasern verstärkt ist.

30. Reflektoranordnung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch

Organe (94, 95, 96) zum Beaufschlagen des rohrförmigen Elements (89) mit Kompression.

31. Reflektoranordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,

daß die Reflexionsfläche spiegelig und zur Reflexion von Sonnenlicht ausgebildet ist.

32. Reflektoranordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,

daß die Reflexionsfläche aus elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht und als Radarantenne ausgebildet ist.

33. Solarreflektor vom Facetten- oder Teilflächentyp mit

a) einer Anordnung von Spiegelflächen (122), die so geformt und orientiert sind, daß sie Sonnelicht auf einen Brennbereich reflektieren,

gekennzeichnet durch

b) eine dünne Schicht (123) aus verstärktem Beton, die haftend auf die Rückflächen der Spiegelflächen (122) aufgebracht ist, und

c) rohrförmige Verstärkungselemente (124, 125) aus Beton, die monolithisch auf die Rückfläche der Schicht gegossen sind.

34. Solarreflektor nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,

daß der Beton der dünnen Schicht und der Verstärkungselemente mit Glasfasern verstärkt ist.

3^r>, Solarreflektor nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spiegelflächen (122) reflektiertes Sonnenlicht auf einen punktförmigen Brennpunkt fokussieren.

36. Verfahren zum Herstellen einer rückseitigen Stützkonstruktion für einen Reflektor, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Bereitstellen einer Patrize mit einer zu dem Reflektor komplementären Oberfläche,

b) Aufbringen einer Betonschicht auf die Oberfläche der Patrize und

c) monolithisches Aufbringen eines oder mehrerer Beton-Verstärkungselemente auf die Betonschicht.

37. Verfahren nach Anspruch 36,
gekennzeichnet durch

Verstärken des Betons durch Glasfasern und Aufbringen desselben auf die Oberfläche der Patrize durch Sprühen, und

Anordnen einer Hohlform auf dem soeben gesprühten Beton und Aufsprühen einer weiteren gleichartigen Betonmenge auf die Hohlform,

so daß das Verstärkungselement bzw. die Verstärkungselemente hohl sind und wenigstens eines davon einen hohlen Drehmomentträger bildet.

38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentträger mit Kompression beaufschlagt wird.

39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompressionsbeaufschlagung Endplatten auf die offenen Enden des hohlen Drehmomentträgers aufgebracht und Bolzen durch den Drehmomentträger geführt und die Bolzen unter mechanische Spannung gesetzt werden.

40. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Patrizenoberflache einen auf die darunterliegende Patrize aufgebrachten, der Reflexionsfläche des Reflektors entsprechenden Reflektor aufweist, und daß Verfahrensschritt b) unter Aufsprühen von Beton auf die Rückseite des Reflektors durchgeführt wird.

4-1. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückfläche des Reflektors mit einem Mittel beschichtet wird, das diese Rückfläche abdichtet und eine gute Bindung zwischen der aufgebrachten Betonschicht und dem Reflektor zur Folge hat.

42. Verfahren nach Anspruch 41, gekennzeichnet durch Bewegen der frisch aufgebrachten Betonschichten zum Austreiben von Luft.

43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Beton Glasfasern enthält.

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ή-ή-. Verfahren nach Anspruch 36,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Betonschicht auf die nackte Patrize ohne einen darüberliegenden Reflektor aufgebracht wird, daß die erhaltene Schicht aus Beton und Verstärkung

entformt werden, und ·

daß die so vorgegossene rückseitige Stützkonstruktion haftend mit der Rückseite eines Reflektors verbunden

45. Verfahren nach Anspruch 44,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Oberfläche der nackten Patrize mit einem Entformungsmittel zum leichteren Entformen der gegossenen rückseitigen Stützkonstruktion aus der Patrize beschichtet wird.

46. Verfahren zum Herstellen einer rückseitigen Stützkonstruktion für einen Reflektor,
gekennzeichnet durchfolgende Verfahrensschritte:

a) Bereitstellen einer Patrize mit einer mit dem Reflektor komplementären Oberfläche,

b) Aufsprühen einer Betonschicht auf die Patrize,

c) Formen und Bewegen der so aufgebrachten Betonschicht unter Austreiben von Luft und Formen der Schicht zur Erzielung der gewünschten Form und

d) monolithisches Gießen eines oder mehrerer rohrförmiger Verstärkungselemente auf die so aufgebrachte Betonschicht .

47. Verfahren nach Anspruch 46,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Reflektor ein wannenförmiger Reflektor ist und daß das rohrförmige Element paraLlel zum Reflektor verläuft und in der Ebene seines Scheitels liegt.

48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, .

daß der Träger unter Kompression gesetzt wird.

49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsbeaufschlagung erfolgt durch Aufbringen von Endplatten auf entgegengesetzten Enden des Trägers, Einführen von Stäben in das rohrförmige Element und durch die Endplatten, und Beaufschlagen der Platten mit Kompression durch mechanisches Spannen der Stäbe.

50. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß rohrförmige Querrippen monolithisch auf die Seiten der Betonschicht gegossen werden, wobei die Querrippen von dem Träger nach außen verlaufen.

51. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor flachschalenförmig ist und daß das rohrförmige Element auf die zentrale Rückfläche der Betonschicht gegossen wird und vom Reflektor koaxial mit diesem nach rückwärts vorspringt.

52. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Betonschicht rohrförmige Radialrippen monolithisch gegossen werden, wobei die Radialrippen von dem rohrförmigen Element nach außen verlaufen.

53. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Element mit Kompression beaufschlagt wird.

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54-. Verfahren zum Herstellen eines Facetten- bzw. Teilflachen-Heliostaten,

gekennzeichnet durch Bereitstellen einer Patrize, deren Oberfläche aus einer Vielzahl Teilflächen besteht, die zu den Teilflächen des herzustellenden Spiegels komplementär und so geformt und orientiert sind, daß die resultierende Spiegelanordnung reflektiertes Licht auf einen Brennbereich fokussiert, Besprühen dieser Teilflächen oder der auf den Patrizenteilflächen gehaltenen Spiegelteilflächen mit einer Schicht aus verstärktem Beton und

Aufbringen von rohrförmigen Verstärkungselementen auf die frisch gesprühte Betonschicht durch Besprühen einer oder mehrerer Formen mit ähnlichem Beton, so daß für die Spiegelteilflächen eine monolithische rückseitige Stützkonstruktion gebildet wird.